一种船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置的制作方法

本实用新型涉及船舶管路密性检测技术领域，特别是涉及一种船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置。

背景技术：

以LNG(液化天然气)为动力的清洁气体燃料船舶，随着全球范围内环保规范的完善和排放标准的提高而发展迅速。且天然气的成本优势和欧盟日韩等发达国家对相关配套基础设施的加大投入，使其有理由成为未来航运的主流燃料，但天然气易燃易爆属于危险气体。供气管线连接件密封不严，管道振动、冷热交替等造成的疲劳损伤，高含硫燃料的酸性腐蚀，乃至人为操作不当等不易预见因素都会造成燃气泄漏，天然气自身无色无味，泄漏发生后难以直观察觉，有长时间累积甚至遇火花引发燃爆的风险。当天然气（按纯甲烷计）摩尔浓度大于4.9%时即有燃爆风险，过高浓度还可能造成人员窒息。

因而，天然气在作为燃料气使用过程中其泄漏风险和泄漏的严重程度需要准确评定。但是，由于双燃料主机燃气供应系统泄漏发生时气流的流出压力、流量、位置、角度和周围流场情况等都是可变的，因而尚无有效的试验测试方法来评定泄漏发生后的影响范围和严重程度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，设计出一种船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置，包括用于存储示踪天然气的天然气储罐，所述天然气储罐上安装有第一压力检测装置，天然气储罐的顶部设有示踪粉体加料口和排空口、底部设有泄放口、中部设有供气口，所述示踪粉体加料口处安装有第二截止阀，排空口处安装有排空管路，泄放口处安装有泄放管路，供气口处沿气流方向依次安装有供气主管路、压力控制管路和流量调节管路，所述流量调节管路与缓冲罐的进气口相连通，缓冲罐的出气口通过排放管路与天然气释放装置相连通。

进一步地，所述排空管路上安装有第二阻火器和安全阀，泄放管路上安装有泄放阀，所述第一压力检测装置包括第一针阀、第一压力传感器和第一压力显示器，所述第一压力传感器和第一压力显示器电连接。

进一步地，所述供气主管路上按气流方向依次安装有第一阻火器、减压阀、止回阀和第一截止阀。

进一步地，所述压力控制管路上安装有压力控制阀、第三截止阀以及用以检测压力控制管路与流量调节管路连接处的管路压力的第二压力检测装置；所述第二压力检测装置包括第四截止阀、第二针阀、第二压力传感器和第二压力显示器，第四截止阀和第二针阀安装在压力控制管路与流量调节管路的连接处，所述第二压力传感器分别与压力控制阀和第二压力显示器电连接。

进一步地，所述流量调节管路上依次安装有流量调节阀和气体流量计，气体流量计的出气口与缓冲罐的进气口相连通。

进一步地，所述排放管路上设置有用以检测排放管路内的气流压力的第三压力检测装置和用以检测排放管路内气流温度的温度检测装置。

进一步地，所述第三压力检测装置包括第五截止阀、第三针阀、第三压力传感器和第三压力显示器，所述第三压力传感器与第三压力显示器电连接；所述温度检测装置包括第六截止阀、第四针阀、温度传感器和温度显示器，所述温度传感器与温度显示器电连接。

进一步地，所述天然气释放装置包括多个不同孔径大小的可独立开启工作的释放头。

本实用新型的积极有益效果：

本实用新型的船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置通过在天然气储罐上设置示踪粉体加料口和泄放口，从示踪粉体加料口和泄放口向天然气储罐内分别注入高压天然气和示踪粉体，使两者在天然气储罐内混合形成示踪天然气，然后再通过压力控制阀、流量调节阀和缓冲罐，从天然气释放装置的释放头释放出指定压力和流量下的示踪天然气，可以模拟出不同压力不同破裂孔径下天然气的泄漏工况。

附图说明

为了更清楚得说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的管路结构示意图。

图中标号的具体含义为：V1为减压阀、V2为止回阀、V3为第一截止阀、V4为压力控制阀、V5为第三截止阀、V6为第四截止阀、V7为第二针阀、V8为流量调节阀、V9为第五截止阀、V10为第三针阀、V11为第六截止阀、V12为第四针阀、V13为安全阀、V14为泄放阀、V15为第一针阀、V16为第二截止阀，

I1为第二压力传感器、I2为第二压力显示器、I3为气体流量计、I4为第三压力传感器、I5为第三压力显示器、I6为温度传感器、I7为温度显示器、I8为第一压力传感器、I9为第一压力显示器，

E1为第一阻火器、E2为第二阻火器、E3为天然气释放装置、E4为示踪粉体加料口，

P1-P22均为连接管路、P23-P29均为释放头，

1为天然气储罐、2为缓冲罐、3为排空口、4为泄放口、5为供气口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

结合图1说明本实施方式，本实用新型的船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置，将高压天然气和示踪粉体存储于天然气储罐1内，混合而成的示踪天然气，通过压力控制阀V4、流量调节阀V8和缓冲罐2，从天然气释放装置E3的释放头释放出指定压力和流量下的示踪天然气，可以模拟出不同压力不同破裂孔径下天然气的泄漏工况。

本实用新型的船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置包括天然气储罐1、压力控制阀V4、流量调节阀V8、缓冲罐2和天然气释放装置E3。

所述天然气储罐1，用于存储高压天然气和示踪粉体混合形成的示踪天然气。天然气储罐的顶部设有示踪粉体加料口E4和排空口3、底部设有泄放口4。所述示踪粉体加料口E4处安装有第二截止阀V16，打开第二截止阀V16，可向天然气储罐内加入示踪粉体，加入完成后关闭V16截止阀。所述排空口3位于天然气储罐1最高点处，排空口3处安装有排空管路，所述排空管路上安装有第二阻火器E2和安全阀V13，当储罐发生超压时，V13安全阀自动打开释放压力。所述泄放口4处安装有泄放管路，泄放管路上安装有泄放阀V14，可通过控制泄放阀V14的开闭，向天然气储罐内注入高压天然气、取样或排出凝液。

所述天然气储罐1上安装有第一压力检测装置，所述第一压力检测装置包括第一针阀V15、第一压力传感器I8和第一压力显示器I9，所述第一压力传感器I8和第一压力显示器I9电连接，用于检测天然气储罐1的内部压力，当储罐内压力达到预设值时，关闭V14泄放阀，停止注入天然气，本实施例中，将储罐内部压力的预设值设定为10bar，当储罐内压力达到10bar时，关闭V14泄放阀，停止注入天然气。

所述天然气储罐1的中部设有供气口5，供气口5处沿气流方向依次安装有供气主管路、压力控制管路和流量调节管路，所述流量调节管路与缓冲罐的进气口相连通，缓冲罐的出气口通过排放管路与天然气释放装置相连通。

所述供气主管路上按气流方向依次安装有第一阻火器E1、减压阀V1、止回阀V2和第一截止阀V3。从天然气储罐的供气口5排出的高压示踪天然气流经阻火器E1和减压阀V1后，输出减压后的压缩示踪天然气。减压后的示踪天然气通过止回阀V2防止由于压差变化而发生倒吸，并通过第一截止阀V3控制供气主管路开关，第一截止阀V3流出的压缩示踪天然气输入压力控制管路。

所述压力控制管路上安装有压力控制阀V4、第三截止阀V5以及用以检测压力控制管路与流量调节管路连接处的管路压力的第二压力检测装置；所述第二压力检测装置包括第四截止阀V6、第二针阀V7、第二压力传感器I1和第二压力显示器I2，第四截止阀V6和第二针阀V7安装在压力控制管路与流量调节管路的连接处，所述第二压力传感器I1分别与压力控制阀V4和第二压力显示器I2电连接。当不启用压力控制时，关闭第四截止阀V6，并将压力控制阀V4和第三截止阀V5全开。当启用压力控制时，打开第四截止阀V6，在压力控制阀V4设定工作压力， P7和P8管路连接处的压力由第二压力传感器I1进行检测，第二压力传感器I1检测的压力信号在第二压力显示器I2上进行显示，同时压力信号传入压力控制阀V4来完成管路的压力控制。压力调节后的压缩示踪天然气流入流量调节管路。

所述流量调节管路上依次安装有流量调节阀V8和气体流量计I3，气体流量计I3的出气口与缓冲罐的进气口相连通。经压力控制管路进行压力调节后的压缩示踪天然气流入流量调节阀V8，对气体流量进行调节，且气体实时流量在I3气体流量计中进行显示。经过压力调节和流量调节后的压缩示踪天然气进入缓冲罐稳流，稳流后的压缩示踪天然气流入排放管路。

所述排放管路上设置有用以检测排放管路内气流压力的第三压力检测装置和用以检测排放管路内气流温度的温度检测装置。所述第三压力检测装置包括第五截止阀V9、第三针阀V10、第三压力传感器I4和第三压力显示器I5，所述第三压力传感器I4与第三压力显示器I5电连接，第三压力传感器I4检测到的气流压力显示在第三压力显示器I5上。所述温度检测装置包括第六截止阀V11、第四针阀V12、温度传感器I6和温度显示器I7，所述温度传感器I6与温度显示器I7电连接，温度传感器I6检测的气流温度显示在温度显示器I7上。排气管路内的示踪天然气流入天然气释放装置E3，最终从天然气释放装置E3的释放头中流出。所述天然气释放装置E3包括多个不同孔径大小的可独立开启工作的释放头。本实施例中，如图1所示，P23-P29均为释放头，但孔径各不相同，每个释放头都可以单独开启，试验中可依据模拟泄漏工况的不同，选择开启一个或多个释放头，模拟天然气的泄漏工况。

以某大型LNG船MAN DIESEL双燃料中速机的供气系统为例，该LNG船航行过程中主要以LNG液货舱挥发气作为燃料，主机供气压力约为2-5公斤，供气管路内径为102mm，布置于发电机间内。采用小尺寸泄漏模型来计算气体泄漏速率，应用下式：

上述公式中，φ，表示孔口流速系数, 表示实际流速与理论流速之比，一般取0.97~0.98；

p1 ，表示供气管线内的压力，Pa ；

p0 ，表示外界环境压力，Pa；

k ，表示绝热指数，对于天然气一般取k =1.3；

R，摩尔气体常数，取8.314 J /(mol*K)；

T，气体温度，K

假定泄漏稳定发生在2.83bar（设计运行工况）的供气压力下并不下降，根据上述公式计算，出口流速为66.3m/s，破口尺寸为20mm*20mm时，体积流量约为96m³/h。

本实用新型的船用双燃料主机燃气泄漏的模拟实验装置的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤1、打开V16截止阀，关闭其余阀门，由E4示踪粉体加料口加入示踪粉体，加入结束后关闭V16截止阀。

步骤2、打开V14泄放阀，关闭V1减压阀，由泄放管路向天然气储罐中注入压缩天然气，与储罐内示踪粉体混合形成示踪天然气，储罐内压力由压力显示器I9显示，至储罐内压力达到10bar为止，关闭V14泄放阀。

步骤3、逐渐依次打开供气管路上V2至V11阀门，逐步开启V1减压阀，至I5压力显示器压力显示为5bar左右为止。

步骤4、调节压力控制阀至2.8bar，逐步关小流量调节阀，直至I3气体流量计流量显示为96m³/h为止。

步骤5、待I5压力显示器的压力显示稳定在2.8bar时，关闭V5和V3截止阀。

步骤6、将该模拟试验装置移至所需泄漏试验地点，开启20mm*20mm的释放头，关闭其他释放头，依次打开V3和V5截止阀，释放示踪天然气。

步骤7、观察示踪天然气飘散趋势，高浓度区域和发生累积的空间位置，从而指导舱室通风、设备防爆和可燃气体探测器布置。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。